Döküm

Döküm, metal işçiliği ve mücevher yapımında, sıvı bir metalin (genellikle bir pota ile) amaçlanan şeklin negatif bir izlenimini (yani, 3 boyutlu negatif görüntü) içeren bir kalıba döküldüğü ve metalurji ve malzeme mühendisliğinin doğrudan iş kolu olan oldukça önemli bir prosestir. Metal, havşa adı verilen içi boş bir kanaldan kalıba dökülür. Daha sonra metal ve kalıp soğutulur ve metal kısım (döküm) çıkarılır. Döküm genellikle diğer yöntemlerle yapılması zor veya ekonomik olmayan karmaşık geometriler üretmek için kullanılır.

Harcanabilen kalıpların dökümü
Atılabilir kalıp döküm kum, plastik, kabuk, alçı ve hassas kalıpları içeren genel bir sınıflandırmadır. Bu döküm yönteminde geçici, tekrar kullanılamayan kalıplar kullanılır.

Kum dökümü
Kum dökümü en popüler ve en basit döküm türlerinden biridir ve yüzyıllardır kullanılmaktadır. Kum döküm, kokil kalıp dökümden daha küçük partilere izin verir ve çok makul bir maliyetle üretim sağlar. Bu yöntem, üreticilerin düşük maliyetle ürünler oluşturmasına izin vermekle kalmaz, aynı zamanda kum dökümün çok az sayıda ürün üretilebilen işlemler gibi başka avantajları da vardır. Süreçte kullanılan kalıplar avuca sığacak kadar küçük veya tren yatağında taşınacak kadar büyük olabilir. Kum dökümü ile, kalıplar için kullanılan kum tipine bağlı olarak çoğu metalin dökülmesi mümkündür.

Kum dökümde yüksek hızlarda üretim için (1-20 parça/saat-kalıp) günler veya haftalarca hazırlık yapılması gerekebilir ama büyük hacimli üretim için eşsizdir. Siyah renkli yaş (nemli) kumun neredeyse hiç ağırlık sınırı olmamasına rağmen kuru kumun ağırlığı ile sınırlıdır. Minimum parça ağırlığı 0,075-0,1 kg arasında değişir. Kum, killer, kimyasal bağlayıcılar veya polimerize yağlar (motor yağı gibi) kullanılarak bağlanır. Kum çoğu işlemde birçok kez geri dönüştürülebilir ve çok az bakım gerektirir.

Alçı kalıp dökümü
Alçı döküm, kum döküme benzer, ancak kalıp malzemesi olarak kum yerine paris alçısı kullanılır. Genellikle, formun hazırlanması bir haftadan az sürer, bundan sonra 1-10 birim/saat-kalıp üretim oranı elde edilir. kadar ağır veya kadar hafif parçalar çok iyi yüzey kalitesi ve düşük toleranslarda üretilebilir. Alçı döküm, alçının düşük maliyeti ve kesin biçim dökümler üretme kabiliyeti nedeniyle karmaşık parçalar için diğer kalıplama işlemlerine ucuz bir alternatiftir. En büyük dezavantajı, sadece alüminyum, bakır, magnezyum ve çinko gibi düşük erime noktalı demir dışı malzemelerin kullanılabilmesidir.

Model: Kalıp boşluğunu oluşturmak için kullanılan üretilmek istenen parçanın yaklaşık bir kopyası
Kalıp malzemesi: Model etrafına doldurulan ve model çıkarıldıktan sonra döküm malzemesinin döküleceği boşluğu oluşturan malzeme
Derece: Kalıp malzemesini tutan sert ahşap veya metal çerçeve.
Maça: Kalıpta delik, boşluk gibi iç özellikler üreten bir genellikle kumdan yapılan kalıplama unsuru.
Maça başı: Maçayı bulmak ve desteklemek için kullanılan modele, maçaya veya kalıba eklenen bölge
Kalıp boşluğu: Dökülen malzemenin doldurduğu, maça ve malzemenin aktığı yolların birleşiminden oluşan açık alan
Besleyici: Kalıpta, katılaşma sırasında çekintiyi telafi etmek için ergimiş malzeme ile doldurulan fazladan boşluk
Yolluk sistemi: Ergimiş malzemeyi kalıp boşluklarına ileten bağlı kanallar ağı
Döküm havuzu (havşa): Yolluk sisteminin dökme kabından ergimiş malzemeyi alan kısmı
Düşey yolluk (huni): Yolluk sisteminin dikey kısmı olarak havşadan düşey yolluğa bağlanır. Düşey yolluğun diğer ucu yatay yolluğa bağlanır.
Yatay yolluk (curufluk): Düşey yollukları giriş yolluklara bağlayan yolluk sisteminin yatay kısmı
Giriş yolluğu (meme): Yatay yolluktan kalıp boşluğuna açılan kontrollü girişler
Havalandırma delikleri: Döküm sırasında oluşan gazlar için bir kaçış sağlayan ilave kanallar
Ayrım çizgisi veya ayırma yüzeyi: Kalıp, derece veya modelin alt ve üst yarıları arasındaki arayüz
Çıkma açısı: Döküm veya kalıp üzerindeki, kalıbın çıkarılmasına yardımcı olan konik şekil
Maça sandığı: Maça üretmek için kullanılan kalıp
Maça desteği/çivisi (saport): Dökümden sonra dökümün parçası olan maçayı tutan ve destekleyen uzun dikey tutma çubuğu

Basınçlı döküm gibi bazı özel işlemlerin ek terminolojisi vardır.

Teori
Döküm bir katılaştırma işlemidir, yani katılaşma fenomeni dökümün özelliklerinin çoğunu kontrol eder. Ayrıca, gaz porozitesi ve katılaşma çekintisi gibi döküm kusurlarının çoğu, katılaşma sırasında meydana gelir.

Katılaşma iki aşamada gerçekleşir: çekirdeklenme ve kristal büyümesi. Çekirdeklenme aşamasında sıvı içinde katı parçacıklar oluşur. Bu parçacıklar oluşturduklarında iç enerjileri onları çevreleyen sıvıdan daha düşüktür, bu da sıvı ile katı madde arasında bir enerji arayüzü oluşturur. Bu arayüz sınırında yüzey oluşumu enerji gerektirir, bu nedenle çekirdeklenme meydana geldiğinde malzemenin sıcaklığı donma sıcaklığının altına düşer, yani arayüz yüzeylerini oluşturmak için gereken ekstra enerji nedeniyle gereğinden fazla soğur. Daha sonra kristal büyüme aşaması için yeniden çökelme yapar veya katılaşma sıcaklığına kadar ısınır. Nükleasyon, önceden var olan bir katı yüzeyde meydana gelir, çünkü tam bir küresel arayüz yüzeyi için olduğu gibi, kısmi bir arayüz yüzeyi için de fazla enerji gerekmez. Bu avantajlı olabilir, çünkü küçük tanecikli dökümler kaba tanecikli dökümlerden daha iyi özelliklere sahiptir. İnce tanecikli bir yapı, nükleasyonu başlatmak için saf yapının bozulduğu tanelerin inceltilmesi veya aşılanması ile indüklenebilir.

Çekirdeklerin tümü, füzyon ısısı sıvı kalmayıncaya kadar sıvıdan ısı emildikçe büyüyen bir kristali temsil eder. Büyümenin yönü, oranı ve tipi dökümün özelliklerini en üst düzeye çıkarmak için kontrol edilebilir. Yönlü katılaşma, malzemenin bir uçta katılaşıp katılaşmanın diğer uca ilerlemesidir; sıvı malzemenin çekilmeyi telafi etmesine izin verdiği için en ideal çekirdek gelişmesi türüdür.

Yukarıdaki soğutma eğrisi saf bir metalin temel durumu gösterir, ancak çoğu döküm aşağıda gösterildiği gibi bir soğutma eğrisine sahip olan alaşımlardan oluşur.



Artık termal duraklama olmadığını, bunun yerine donma aralığının olduğunu unutmayın. Donma aralığı, doğrudan spesifik alaşımın faz diyagramında bulunan liquidus ve solidusa karşılık gelir.

Chvorinov kuralı
Yerel katılaşma süresi Chvorinov'un kuralı kullanılarak hesaplanabilir:

Burada t, katılaşma süresi, V, dökümün hacmi, A, kalıba temas eden dökümün yüzey alanıdır, n, bir sabittir ve B, kalıp sabitidir. Bir besleyicinin dökümden önce katılaşıp katılaşmayacağının belirlenmesinde çok yararlıdır, çünkü yükseltici dökümden önce katılaşmamalıdır.

Yolluk sistemi
Yolluk sistemi birçok amaca hizmet eder, en önemlisi sıvı malzemeyi kalıba taşımaktır, aynı zamanda çekilmeyi, sıvının hızını, türbülansı ve curufun hapsedilmesini kontrol eder. Memeler, çekilmeyi kontrol etmeye yardımcı olmak için genellikle dökümün en kalın kısmına tutturulur. Özellikle büyük dökümlerde metalin kalıp boşluğunda birden fazla noktadan akması için birden fazla curufluk veya meme gerekebilir. Malzemenin hızı önemlidir, çünkü malzeme çok yavaş hareket ederse, döküm boşluğu tamamen dolmadan önce metal soğuyabilir, bu da yanlış akışlara ve soğuk kapanmaya yol açabilir. Malzeme çok hızlı hareket ediyorsa, sıvı malzeme kalıbı aşındırabilir ve döküm parçanın içine yabancı madde karışabilir. Yolluk sisteminin şekli ve uzunluğu, malzemenin ne kadar hızlı soğuduğunu da kontrol edebilir; kısa yuvarlak veya kare kanallar ısı kaybını en aza indirir.

Yolluk sistemi dökülen malzemeye göre türbülansı düşürecek şekilde tasarlanabilir. Örneğin çelik, dökme demir ve çoğu bakır alaşımı türbülansa duyarsızdır ama alüminyum ve magnezyum alaşımları türbülanstan etkilenir. Türbülanstan etkilenmeyen malzemelerin yolluk sistemi genellikle açık ve kısa olur ki kalıp olabildiğince hızlı doldurulabilsin. Ancak türbülanstan etkilenen malzemeler için kısa huni kullanılarak malzemenin kalıba girerken gideceği mesafe kısaltılmaya çalışılır. Dikdörtgen dökme kapları ve açılı huniler malzeme kalıba akarken girdap oluşumunu engellemek için kullanılır; bu girdaplar kalıbın içine gaz ve oksitleri çeker. Büyük bir huni sıvı malzeme kalıba akarken kinetik enerjisinin azaltılması, böylece türbülansın azaltılması için kullanılır. Yolluk sisteminde akışı kontrol etmeye yarayan en dar kesime sahip alan olan boğma huniye yakın bir yere yerleştirilirse akışın yavaş ve düzenli olmasını sağlar. Bazı kalıplarda boğmanın parçanın ayrılmasını kolaylaştırmak için memeye yerleştirildiğin unutmayın ama bu da büyük türbülansa yol açar. Memeler genellikle türbülans ve sıçramayı önlemek için döküm parçanın en altına yerleştirilir.

Katılaşma çekintisi
Çoğu malzeme katılaştıkça çekinir, ancak bitişik tablonun da gösterdiği gibi, gri dökme demir gibi birkaç malzeme çekinmez. Katılaşma üzerine çekinen malzemeler için çekinti tipi, malzeme için donma aralığının ne kadar geniş olduğuna bağlıdır. az olan dar donma aralığına sahip malzemeler için, boru olarak bilinen bir boşluk dökümün merkezinde oluşur, çünkü dış kabuk önce donar ve kademeli olarak merkeze katılaşır. Saf ve ötektik metaller genellikle dar katılaşma aralıklarına sahiptir. Bu malzemeler açık hava kalıplarında bir deri oluşturma eğilimindedir, bu nedenle deri oluşturan alaşımlar olarak bilinirler. fazla, geniş donma aralığına sahip malzemeler için, dökümün çok daha fazlası, yumuşak veya bulamaç bölgeyi (solidus ve liquidus arasındaki sıcaklık aralığı) işgal eder, bu da boyunca sıkışmış küçük sıvı ceplerine ve nihayetinde poroziteye yol açar. Bu dökümler zayıf süneklik, tokluk ve yorulma direncine sahip olma eğilimindedir. Ayrıca, bu tür malzemelerin sıvı geçirmez olması için, dökümün daha düşük bir erime noktalı metal veya reçine ile emprenye edilmesi için ikincil bir işlem gereklidir.

Dar katılaşma aralıklarına sahip malzemeler için boru oluşumu yönlü katılaşmayı teşvik eden boşluklar tasarlanmasıyla aşılabilir, bu da dökümün memeden en uzak noktada donup ardından memeye doğru giderek katılaştığı anlamına gelir. Bu, çekintiyi telafi etmek için sürekli katılaşma noktasında sıvı malzemenin beslenmesini sağlar. Nihai malzemenin katılaştığı yerde hala bir büzülme boşluğu olduğuna dikkat edin, ancak uygun şekilde tasarlanırsa, bu, yolluk sisteminde veya besleyicide olacaktır.

Besleyiciler üç kritere göre sınıflanır. Birinci besleyicinin havaya açık olmasıdır, böyleyse açık besleyici, kapalıysa kör besleyici olarak adlandırılır. İkinci kriter yeri ile ilgilidir; eğer döküm parçanın üstündeyse üst besleyici, döküm parçanın yanındaysa yan besleyici olarak adlandırılır. Son olarak besleyici yolluk sistemine bağlı, yani kalıp boşluğu dolduktan sonra doluyorsa canlı veya sıcak besleyici, eğer kalıp boşluğundan geçen sıvıyla doluyorsa ölü veya soğuk besleyici olarak adlandırılır.

Modelci çekintisi
Katılaşma sonrası çekinti, özellikle kullanılan alaşım için tasarlanmış büyük boyutlu bir model kullanılarak önlenebilir. Büzülme yasası veya çekinti yasası bu tarz çekintiyi telafi etmek için büyük model yapımında kullanılır.

Dökümün kalıbın ayırma çizgisine dik olan yüzeyleri için bir çekme eklenmelidir. Böylece döküm, atılamaz işlemlerde serbest bırakılabilir veya kalıp, atılabilir işlemlerde döküm kalıbı parçalamadan kalıptan çıkarılabilir. Gerekli çekim açısı, döküm geometrisinin boyutuna ve şekline, kalıp boşluğunun derinliğine, parçanın veya modelin kalıptan nasıl çıkarıldığına, model veya parça malzemesine, kalıp malzemesine ve işlem türüne bağlıdır. Genellikle çekim % 1'den az değildir.

Karşı yerçekimi dolgusu olarak da bilinen vakumlu dolgu, yerçekimi dökülmesinden daha verimlidir, çünkü yolluk sisteminde daha az malzeme katılaşır. Yerçekimi dökümü, vakum dökümünün %60 ile 95 arasındaki verimine kıyasla sadece %15 ile 50 verime sahiptir. Ayrıca daha az türbülans vardır, bu nedenle türbülans kontrolü gerekmediği için yolluk sistemi basitleştirilebilir. Ayrıca metal, havuzun altından çekildiğinden, metal cüruf içermez, çünkü bunlar daha düşük yoğunluklu (daha hafif) olduğu için havuzun tepesine doğru yüzer. Basınç farkı, metalin kalıbın her karmaşık boşluğuna akmasına yardımcı olur. Son olarak, tanecik yapısını iyileştiren daha düşük sıcaklıklar kullanılabilir.

Düşük basınçlı dolum 5 ile 15 psi (35 ile 100 kPa) hava basıncını sıvı metali bir besleme borusundan kalıp boşluğuna akıtmak için kullanır. Bu, yerçekimi dökümünde bulunan türbülansı ortadan kaldırır ve yoğunluğu, tekrarlanabilirliği, toleransları ve tanecik homojenliğini arttırır. Döküm katılaştıktan sonra basınç kaldırılır ve kalan sıvı potaya geri döner, bu da verimi artırır.

Eğimli döküm
Eğim dökümü olarak da bilinen eğimli döküm, potaların yolluk sistemine bağlandığı ve her ikisinin de yavaşça döndürüldüğü, böylece metalin kalıp boşluğuna az türbülansla girdiği nadir bir döküm tekniğidir. Amaç türbülansı sınırlandırarak gözenekliliği ve kapanımları azaltmaktır. Çoğu kullanım için eğim döküm mümkün değildir, şu doğal sorundan dolayı mümkün değildir: sistem türbülansı indüklemeyecek kadar yavaş döndürülürse, metal akışının önü katılaşmaya başlar, bu da akışın curuflukta akmamasına neden olabilir. Sistem daha hızlı döndürülürse, uygulamamanın amacına ters bir şekilde türbülansa neden olur. 1800'lü yıllarda Fransız Durville eğimli dökümünü ilk deneyen kişi oldu. Alüminyum bronz alaşımdan madeni para dökerken yüzey kusurlarını azaltmak için kullanmaya çalıştı.

Makroyapı
İngot ve çoğu dökümdeki tane makro yapısı üç ayrı bölgeye veya alana sahiptir: soğutma bölgesi, sütun bölgesi ve eş eksenli bölge.

Soğuma bölgesi dökümün kalıp duvarına değdiği kısımdır ve döküm buradan ısı kaybedip soğuduğu için soğuma bölgesi olarak adlandırılır. Burada katılaşma sürecindeki çekirdeklenme meydana gelir. Isı kaybı arttıkça tanecikler dökümün merkezine doğru büyür. Bunlar döküm yüzeyine dik, ince uzun sütunlar oluşturur ve anizotropik bir yapıları olduğu için istenmeyen türdendir. Son olarak merkezdeki eş eksenli bölgede küresel, rastgele yerleşmiş kristaller bulunur. Bunlar daha tercih edilen türdendir çünkü izotropik yapıdadırlar. Bu yapının oluşması düşük döküm sıcaklığı, alaşımlar veya aşılayıcı eklenerek desteklenebilir.

Muayene
Çelik dökümler için yaygın olarak kullanılan muayene yöntemleri manyetik parçacık testi ve sıvı penetrant testidir. Alüminyum dökümler için yaygın muayene yöntemleri radyografi, ultrasonik test ve sıvı penetrant testidir.

Kusurlar
Döküm işlemi sırasında karşılaşılabilecek bir takım kusurlar vardır. Başlıca türleri: gaz gözenekliliği, çekinti kusurları, kalıp malzemesi kusurları, dökme metal kusurları ve metalurjik kusurlar.

Döküm proses simülasyonu
Döküm proses simülasyonu nümerik metotlar kullanarak parçanın kalitesini kalıbın doluşu, katılaşma ve soğuma açılarından inceler. Dökümün mekanik özellikleri, termal stresler ve çarpılma ile ilgili sayısal sonuçlar verir. Simülasyon döküm parçasının kalitesi ile ilgili üretim başlamadan önce bilgi verir. Döküm süreci istenen döküm parçası özelliklerine göre düzenlenebilir. Bu üretim öncesi numune üretimini azaltmaktan çok daha fazla faydaya sahiptir. Çünkü bütün döküm sürecinin üretim öncesi modellenmesi ile enerji, malzeme ve takımdan tasarruf edilebilir.

Yazılım kullanıcıya parça tasarımı, ergitme yönteminin seçimi ve model ile kalıp tasarımı yöntemi, ısıl işlem ve bitirme işlemleri seçiminde yardımcı olur. Bu bütün üretim süreci boyunca tasarruf edilmesini sağlar.

Döküm proses simülasyonu 1970'li yılların başında genellikle Avrupa ve Amerika'daki üniversitelerde geliştirilmeye başlandı ve son 50 yıl için döküm alanında yapılmış en büyük gelişme olarak kabul edilmektedir. 1980'lerin sonlarından itibaren dökümhanelerin döküm sırasında kalıbın içinde olanlar hakkında daha fazla bilgi sahibi olabileceği ticari yazılımlar çıkmaya başladı

Ayrıca bakınız
Bronz heykel
Dövme
Dökümhane

Kaynakça
Notlar
Kitaplar
Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9. bas.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven (2006), Manufacturing Engineering and Technology (5. bas.), Pearson, ISBN 0-13-148965-8.
Schleg, Frederick P.; Kohloff, Frederick H.; Sylvia, J. Gerin; American Foundry Society (2003), Technology of Metalcasting, American Foundry Society, ISBN 978-0-87433-257-5.
.
.

Dış bağlantılar
Etkileşimli döküm tasarımı / imalat örnekleri
Döküm veya Dövülerek? Her üretim sürecinin avantajlarına bir bakış
Umha aois - bronz yaş döküm videoclip
Viking Bronze - Erken Ortaçağ metal dökümü
50 gram ark döküm alaşımının katılaştırılmasıyla ilgili video klip
Metalbilim ve Gereçbilim Türkçe-İngilizce Terimler Sözlüğü
DoITPoMS Öğretme ve Öğrenme Paketi- "Döküm"
Global Metal Döküm İstatistikleri